基于S7-200PLC的伺服电机开环控制技术研究.pdf

1 lI5 似 基于S 7 2 0 0 P L C 的伺服电机开环控制技术研究 Th e s t udy of open l oop cont r ol t echonl ogy f or s er vo m ot or bas ed on S7 200 刘建河 L l U J i an ． h e 长春理工大学 机电工程学院，长春 1 3 0 0 2 2 摘 要对于定位精度要求不高的场合 ，开环控制就能满足控制要求。本文探讨了以s 7 2 0 0 P I_ C 为核 心，以松下Mi n a s -A5 t fJ E电机驱动电动缸为模型的开环运动控制技术。给出了整个控制系统 的机械结构 ，硬件配置和 电路以及应用程序设计中涉及到的一些关键技术。整个系统在某饮 品企业1 9 L 桶装水灌装生产线上实现了预定工位的控制要求。设备运行状态良好，体现出伺服 电机在执行控制中所具有结构简单、控制灵活、响应速度快、定位精准等特点，有推广应用 价值。 关键词 伺服控制 ；7 - 2 0 0 P L C；高速脉冲；中断 中图分类号T P2 0 6 文献标识码A O o i 1 0 ． 3 9 6 c l ／ J ． I s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 3 ． 0 9 下 ． 3 3 0 引言 P L C P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r 是 目前 控制 系统 中应用最广泛 的设备 ，本项 目选用西 门 子公 司的S 7 2 2 4 ，它以一个带开关量输入输 出的 CP U为 核心，具有通过扩展模块增加开关量输入 输 出信 号数 量和模拟量输入输 出的能力 ，它为用 户程序提 供了位逻辑 、定时器 、计数器 、以及通 讯 等大量指令 。利用指令可方便快捷地生成各种 控制程序 。MI NAS A 5 系列交流伺服驱动器是 E t 本 松下 电器公 司生产 的全数字化交流伺服装置 ，具 有响应快 、精度高 、体积小 ，共振抑制 、多闭环 控制功能和控制方式 多样化 、保护措施齐全等特 点 。 目前 已广泛应用于数控机床、机器人、轻工 机械 、纺织机械 、医疗器械 、自动化生产线等各 种有精确调速 、定位要求的场合 。本文给 出了以 P L C 和伺服驱动相结合的控制模式，用伺服电机带 动电动 缸 ，完成了某饮 品企业 1 9 升 桶装水灌装生 产线 中清洗工位控制系统的设计和运行 。 1 系统的总体构成和运行过程 某饮品企业1 9 升桶装水灌装生产线桶 内壁清 洗工位 的总体构成如图1 所示 。传送带拖动需要清 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 9 下 一 0 1 0 9 0 4 洗 内壁的水桶向前运 动，当移动到指定工位时， 触发信号 接近开关给 出被送入P L C，P L C 得到 信号后给 出伺服使能信号 S E RVON，脉冲信 号 P LS 和运转 方向信 号到伺 服驱动 器，伺服 驱动器驱动伺服电机通过 同步带带动 电动缸向上 拉动提升架大约 1 5 0 mm的距离，使 托架上安装的 清洗液喷射头进入桶内开始喷射清洗液 ，延时大 约l 8 秒后，电机反向旋转 ，使提升架放下 ，清洗液 停止喷射，即完成该工位的一个单位循环的清洗工 作，传送带继续拖动水桶向前运动到灌装工位。 2 硬件配置和 电路设计 本 系统的主要硬件配置如下 1 电动缸，S E A8 0 2 --0 6 6 ，行程2 0 0 mm，滚 珠丝杠 的螺距8 mm。 图1 清洗工位的总体构成 收稿日期2 0 1 3 - 0 5 -1 2 基金项目吉林省科技厅科技发展计划项目 2 0 1 1 1 5 1 5 8 作者简介刘建河 1 9 7 6一 ，男，河南叶县人，助理研究员，博士研究生，主要从事自动控制技术的理论研究和应用 研究工作 。 第3 5 卷第9 期2 0 1 3 0 9 下 [ 1 0 9 ] 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 化 零，并写控制字 。 LD SM 0． 1 R Q 0 ． O ， l MOVB 1 6 8 D． S M B6 7 M 0VB 1 6 8 D．S M B7 7 M oVW2． SM W 68 M oVW2． SM W 78 网络2 P L C得到节拍信号后调用子程序，发 脉冲信号 ，方 向信号和伺服开启信号 ，电动缸带 动托架上升到指定位置后触发中断程序。 LD 1 0． 0 CALL SBR 0 SBR0 EU R M O． 0 ．1 R Q O ． 3 ， 1 R T1 01 ．1 S Q0 ． 2 ， 1 PLS 0 ATCH I NT _0 I NT0 ．1 9 ENI 网络3 延时1 8 秒，喷淋清洗液。 L D M0 ． 0 ToN T1 01 ． 1 8 0 网络4 延时结 束后关 中断 ，并 触发脉 冲信 号，方向信 号和伺服开启信号 ，电动缸带动托架 现下运行到原位 。 LD T1 0 1 DI SI R M O． 0．1 EU S Q0 - 3 ， 1 PL，S 0 网络5 手动位置调整，上升过程。 LD 1 0． 1 DI S I M OVD3 0． S M D72 M OVD3 0． S M D8 2 EU S Q O ． 3 ， 1 S Q 0 ． 2 ， 1 PLS 0 网络6 手动位置调整，下降过程 。 LD 1 0 ． 2 DI S I M OVD3 0 ． SM D7 2 M 0VD3 0． S M D8 2 EU R Q 0 ． 3 ， l S Q 0 ． 2 ， 1 PLS 0 子程序 脉冲数赋值 。 LD SM 0． 0 M OVD4 08 ． SM D7 2 M OVD 4 0 8 ． S MD8 2 中断程序脉冲发送完毕后启动中断。 LD S M 0 ． O S M 0． 0，1 3 ．2 软件设计中的关键技术 本控制 系统在软件设计过程所使用的关键技 术主要有以下三个 1 脉冲的产生 脉冲的产生必须由P L S 指令实现 。通过两个时 间继 电器互锁的方式也可以输 出脉冲，但由于P L C 程序扫描需 占机器周期 ，因此这种方法输 出的脉 冲数极其不准确 ，也不易控制 。为此P L C应工作在 P T O模式下，此时P L C自动将输 出端 口QO ． o 和Q o ． 1 置为高速脉冲输 出模式 ，在初始化 时需 要对一些 特殊 寄存器进行赋值 。所用到的特殊 寄存器主要 有以下三个 1 控制字节S MB6 7 和S MB 7 7 ，S MB6 7 控制 Qo ． o ，S MB7 7 控制Qo ． 1 ，其 各位 的含义 如图4 所 示 。 7 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 化 制更接近于智能的方式 ，使非线性 问题在一定程 度上得 到了改善 ，表 明了模糊神经 网络的有效性 和潜在的发展前景。 2 通过MAT L AB ／ S I MUL I NK建立悬架系统控 制模块 图，在车身加速度和车轮动载荷两个方面 进行仿真分析 ，除了说明控制 系统的有效性 外， 还可以看出S I MUL I NK在控制仿真设计上的便利 和对各种指标的考虑的全面性。 参考文献 【 1 】葛悦峰． 汽车空气悬架在我国的应用与发展【 J 】 ． 商用汽车 杂志， 2 0 0 7 1 1 1 5 1 1 7 ． [ 2 】黄 志刚， 毛恩 荣， 梁新成， 朱慧， 朱 清萍 ． 汽车悬架发 展的研 究f J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 6 1 1 1 6 8 ． 1 6 9 ． [ 3 ]方瑞华． 汽车空气悬架非线性振动理论和试验[ J 】 ． 农业机 械学报， 2 0 0 7 ， 3 8 7 1 3 1 5 ． 【 4 】周长城． 车辆悬架设计及理论【 M】 ． 北京 北京大学出版 社， 2 0 1 1 ． [ 5 ]李 国勇． 神经模糊 控制 理论及应用[ M】 ． 北京 电子 工业出 版社 ，2 0 0 9 ． [ 6 】周开利， 康耀红． 神经网络 模型及其MAT L AB 仿真程序设 计【 M] ． 北京 清华大学 出版社， 2 0 0 5 ． 【 7 】曹晶， 张 良均， 蒋世 忠． 神经 网络实用 教程【 M】 ． 北 京 机 械 工业出版社， 2 0 0 8 ． 蠡‘ 童‘ 盘‘ 童‘ {出‘ 蠡‘ 岛I ． 出I 岛● 出‘ 主‘ {曼‘ {童‘ 蠢‘ 蠡‘ 蠡‘ 岛‘ 岛‘ 生‘ 生‘ 矗I 岛‘ 童‘ 【 上接第1 1 1 页】 S MD8 2 控制QO ． 1 ，P T O的脉 冲数 ，双字型 ，范 围1 4 2 9 4 9 6 7 2 9 5 ，3 2 位无符号数 。经现场调试 后本程序中所赋值为4 0 8 。 2 中断的应用 在P L C 控制伺服电机的工作过程 中，必须采用 中断 的方式来协调软硬件之 间的工作节奏 。正常 P L C是顺序执行程序 ，完成一个 扫描 周期需要 几 百毫秒 。如果程序里只有一条发送脉冲的命令 ， 那 只能等到一个周期 完成后才能再次执行这个命 令 。所 以如果脉冲宽度小于扫描周期的话就检 测 不到全部脉冲了。中断程序是中断条件成立后立 即执行的程序。不管 扫描周期有多长，只要达到 中断条件 中断就会立刻打断正常扫描立刻执行 ， 所以即使再高的频率用中断都可以捕捉到。 中断的实现是P L S 指令每完成一次脉冲输出将 产生一次中断，P T O1 的中断号为1 9 ，P T O2 的中断 号为2 O 。调用中断的指令为AT C H。本程序中使用 全局 中断 ，因此调 用不断程序时只需启用一个事 件的中断即可。需要特别指 出如下三条 1 中断程序越短越好 ，一般不超过三条； 2 可以将多个 中断事件附加在一个中断例 行 程序上 ，但一个事件不能 同时附加在多个中断例 行程序上 3 中断结束后要及时跳出中断，跳出中断的 指令为DI S I 。 [ 1 2 2 1 第3 5 卷第0 期2 0 1 3 - 0 9 下 3 手动调 整功 能 系统在运动行过程 中可能会 出现意外情况导 致电动缸停 留在不恰 当的位置 ，因此在程序设计 中给 出了手动调整的功能 。 所谓手动调整 就是按动手动调节按钮I O ． 1 或 1 0 ． 2 时P L S t 令发 出数量较少的脉冲以实现微调， 本程序中设置微调时P L S 发出的脉冲数为3 0 。 4 结论 P L C 与伺服电机相结合的控制模式适用于工业 领域 中大多数工况下 的检测 ，监测及控制 。某饮 品企业灌装生产线该工位最初采用气缸来拉动提 升架 ，先是 由于提升架过重无法提升 ，后来 出现 四个气缸无法调节 同步而导致卡死的问题 。经过 该技术改造后上述 问题都得到了较好 的解决 ，使 生产效率得到 了明显的提高。 参考文献 [ 1 ] 日本松下公 司． P a n a s o n i c MI N AS A系列交流伺服 电机 驱动器使用说明书【 z 】 ． 2 0 0 2 ． 【 2 】廖 常初 ． 可编程 序控制器 的编程方法 与工程应用【 M】 ． 重 庆 重庆大学出版社， 2 0 0 1 ． [ 3 】舒 志兵． 交 流伺服运动控 制系统 第二 版 【 M】 ． 清华 大 学 出版社， 2 0 0 6 ． [ 4 】 谭娃， 金如麟． 永磁同步电动机系统的应用和研究【 J 】 ． 交流 永磁 同步伺服 系统， 2 0 0 5 ， 3 ． 【 5 】舒 志兵． 现 代伺服运动 控制系统 第一版 【 M】 ． 黑龙江 人民出版社， 2 0 0 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m